研究堆

研究堆數(shù)量很多，根據(jù)燃料形式、冷卻劑種類、中子能量分布形式、特殊的設(shè)計(jì)需要等因素，可分成各種不同的類型。

（1）研究堆的類型按中子通量的大小分為零功率堆、

（2）按中子產(chǎn)生的方式分為次臨界裝置、臨界裝置和脈沖堆。

（3）按漫化劑的不同分為重水堆、輕水堆、石墨堆等。

（4）按中子能譜分為熱中子堆和快中子堆。

（5）按燃料的形狀分為棒狀燃料堆、板狀燃料堆、圓形燃料元件堆、各種形狀的彌散體燃料堆和液體燃料堆。

（6）按堆的布置分為池式研究堆、罐式或殼式研究堆。

（7）按燃料的富集度分為高富集度鈾（HEU）堆和低富集度鈾（LEU）堆等。

（8）還可以按燃料的不同分為固體燃料堆、溶液堆和熔鹽堆等。

總之，研究堆的設(shè)計(jì)千姿百態(tài)，多種多樣。

我國從1958年開始建造研究堆，于1958年6月建成了第一座研究堆。到目前為止，我國現(xiàn)有在役民用，研究性核反應(yīng)堆（包括臨界裝置和微堆）20座。

我國第一座研究性反應(yīng)堆是重水試驗(yàn)堆，于1958年6月13日首次達(dá)到臨界，該堆安全運(yùn)行近50年后于2007年7月18日最終停運(yùn)，轉(zhuǎn)入安全關(guān)閉過渡期。建成50多年以來，開展了大量卓有成效的科研生產(chǎn)工作，產(chǎn)出了一大批有顯示度的科研成果，培育和輸送了一批又一批優(yōu)秀的人才，對(duì)于推進(jìn)我國核科學(xué)技術(shù)和核工業(yè)的發(fā)展，特別是對(duì)原子彈、氫彈和核潛艇的技術(shù)攻關(guān)，起到了歷史性作用。

其后，在20世紀(jì)60~70年代建設(shè)了清華大學(xué)試驗(yàn)屏蔽堆、492游泳池堆和125MW高通量工程試驗(yàn)堆，并建立了快堆臨界裝置、鈾水臨界裝置。80年代末建成了5MW核供熱堆，2000年12月高溫氣冷堆（HTR-10）達(dá)到臨界。此外，還建造了幾座中子源微堆和兩座脈沖堆。2010年5月先進(jìn)高通量研究堆（CARR）實(shí)現(xiàn)首次臨界，2012年3月1日達(dá)到滿功率。

研究堆重水型

重水堆可以使用天然鈾燃料，其熱中子通量分布均勻，單位功率熱中子通量較高，堆內(nèi)實(shí)驗(yàn)空間大，燃料壽命長，但作為慢化劑的重水昂貴，需放在密封水罐內(nèi)，用高淳氦氣覆蓋水面，操作和檢修復(fù)雜。中國重水型研究堆是前蘇聯(lián)援建的，該堆于1958年6月在中國原子能院（當(dāng)時(shí)叫原子能研究所）建成，是中國的第一座核反應(yīng)堆。

研究堆游泳池型

游泳池式輕水反應(yīng)堆是游泳池式、輕水慢化和冷卻、鈹和石墨作反射層的多用途試驗(yàn)堆。在游泳池式輕水反應(yīng)堆中利用垂直和水平輻照孔道，可開展燃料元件、堆用材料、核測(cè)儀表堆內(nèi)輻照、試驗(yàn)、考驗(yàn)以及單晶硅、同位素輻照生產(chǎn)、黃玉輻照改色等工作。中國建造的游泳池式輕水研究堆有3座，分別在中國原子能科學(xué)研究院、北京昌平清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院和中國綿陽中國工程物理研究院等地。

研究堆高通量工程

高通量工程試驗(yàn)堆是進(jìn)行動(dòng)力堆燃料元件和屏蔽材料輻照試驗(yàn)等反應(yīng)堆工程研究的反應(yīng)堆，也可以用來生產(chǎn)放射性同位素。其熱中子通量和快中子通量高，比功率（單位質(zhì)量核燃料所具有的功率）高，燃料元件運(yùn)行周期短。高通量工程試驗(yàn)堆一般采用多片組型或多層套管型高富集鈾燃料元件，以水為慢化劑。

中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院于1981年建成了高通量工程試驗(yàn)堆（HFETR），在該反應(yīng)堆上進(jìn)行了燃料組件輻照試驗(yàn)，包括燃料芯件性能變化、燃料元件破損機(jī)理等，以及燃料包殼腐蝕、冷卻劑熱工條件和傳熱機(jī)理等試驗(yàn)，并生產(chǎn)高比度放射性同位素和錒系元素。

研究堆脈沖堆

鈾-氫化鋯脈沖堆在科學(xué)研究方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，是一種具有固有安全特性的中子源輻照反應(yīng)堆。鈾-氫化鋯脈沖堆是一種小型均勻研究堆，采用氫化鋯與鈾均勻彌散混合作為固體燃料-慢化劑元件，采用輕水做冷卻劑，構(gòu)成一種池式反應(yīng)堆，簡稱TRIGA堆。由于它結(jié)構(gòu)簡單，安全性和經(jīng)濟(jì)性好，能獲得較強(qiáng)的功率脈沖和中子脈沖，因此在科學(xué)研究和應(yīng)用技術(shù)上獲得了較為廣泛的重視。

我國第一座鈾-氫化鋯脈沖堆于1990年由中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)研制建成。第二座鈾-氫化鋯脈沖堆是西安脈沖堆，它是在第一座原型脈沖堆基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶對(duì)脈沖堆的應(yīng)用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)建造的。該堆1996年1月18日在我國西北核技術(shù)研究所開工建造，1999年9月首次達(dá)到臨界，2001年1月，完成各項(xiàng)核調(diào)試工作后，已投入試運(yùn)行及實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。西安脈沖堆穩(wěn)態(tài)額定功率2MW，最大脈沖峰功率4200MW。脈沖堆具有一堆多功能的獨(dú)特性能。

研究堆微型研究堆

微型研究堆是一種近年來發(fā)展起來的特小型中子源反應(yīng)堆，它安全可靠，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，建設(shè)期短，易于操作和管理，可建在大城市的研究所、學(xué)校和醫(yī)院內(nèi)。

1984年，中國原子能科學(xué)研究院建成中國首座微型堆，其燃料元件為直徑4.3mm的細(xì)長燃料棒，芯體為90%富集鈾的鈾鋁合金，包殼為鋁合金。堆芯鈾棒按同心圓布置，裝有345根燃料棒，其鈾-235裝載量為1kg，僅比最小臨界質(zhì)量0.83kg稍大一點(diǎn)。該微堆以水為慢化劑和冷卻劑，堆芯懸掛于5.6m深、2.7m直徑的大水池中。

微型堆可用來進(jìn)行中子活化分析及其他有關(guān)研究，還可以用來生產(chǎn)短壽命放射性同位素，以及治療腦膠質(zhì)瘤等疾病。

目前，深圳大學(xué)、山東地質(zhì)局和上海劑量中心各建有一座該類型的微型堆，并出口到巴基斯坦、伊朗、加納、敘利亞和尼日利亞等國。

研究堆先進(jìn)研究堆

中國先進(jìn)研究堆是由中國原子能科學(xué)研究院自主研發(fā)、設(shè)計(jì)和建造。反應(yīng)堆功率60MW，熱中子通量8Χ10¹⁴個(gè)/（cm²·s），在同類中子束流研究堆中主要技術(shù)指標(biāo)居世界前列。CARR是一座高性能、多用途、安全可靠的研究堆，采用了許多新的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)。該研究堆可開展核物理與核化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)研究、中子散射研究、反應(yīng)堆材料及核燃料考驗(yàn)、中子照射、中子活化分析等，并可生產(chǎn)放射性同位素和中子嬗變摻雜單晶硅。中國先進(jìn)研究堆于2010年5月首次臨界，2012年3月1日成功實(shí)現(xiàn)滿功率運(yùn)行。 2100433B

核反應(yīng)堆是以鈾(或钚)作核燃料實(shí)現(xiàn)受控核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置。反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)、特性和運(yùn)行的工況隨用途而異，按用途分大致可以分為研究堆、動(dòng)力堆、生產(chǎn)堆和特殊用途堆等。

在60多年的核能科學(xué)與技術(shù)發(fā)展中，研究反應(yīng)堆起著重要的作用。按IAEA的統(tǒng)計(jì)，世界上在69個(gè)國家建造了約670座研究反應(yīng)堆（包括臨界和次臨界裝置），目前大約有240座裝置在55個(gè)國家運(yùn)行，積累了13000堆年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。研究堆在核科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展中起著中國要作用。此外，也在培訓(xùn)、教育和許多研究計(jì)劃中作出了明顯的貢獻(xiàn)。在2012年之前的5年內(nèi)，有6個(gè)新的研究堆投入運(yùn)行或達(dá)到臨界。有一些研究堆正在建造和計(jì)劃建造中，還有些項(xiàng)目正在立項(xiàng)中。

每個(gè)研究堆都有特殊用途，研究堆的設(shè)計(jì)和運(yùn)行都有鮮明的特殊性和用途的導(dǎo)向性。因此，研究堆的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理往往比常規(guī)的核動(dòng)力反應(yīng)堆更復(fù)雜及多樣化，其臨界安全問題是研究堆的核心問題?？傮w上看，研究堆結(jié)構(gòu)比動(dòng)力堆簡單，一般也運(yùn)行在低溫度下。由于研究堆裝載較少的燃料，堆功率一般比較小，因此潛在的放射性裂變產(chǎn)物總量比核動(dòng)力反應(yīng)堆少得多，一般研究堆發(fā)生堆芯嚴(yán)重?fù)p壞并造成放射性裂變產(chǎn)物大規(guī)模釋放的風(fēng)險(xiǎn)也比核動(dòng)力反應(yīng)堆小。

堆工所設(shè)有行政辦公室、黨工辦公室、科技辦公室、質(zhì)量管理辦公室、財(cái)務(wù)管理辦公室、反應(yīng)堆物理研究室、反應(yīng)堆熱工水力研究室、反應(yīng)堆材料腐蝕與防護(hù)研究室、反應(yīng)堆材料及輻照性能研究室、反應(yīng)堆材料輻照后檢驗(yàn)研究室、反應(yīng)堆燃料元件研究室、微型堆研究室、101重水反應(yīng)堆研究運(yùn)行室、49-2輕水反應(yīng)堆研究運(yùn)行室、中國先進(jìn)研究堆運(yùn)行室、反應(yīng)堆工程設(shè)計(jì)部（含設(shè)計(jì)管理室、總體設(shè)計(jì)室、理論設(shè)計(jì)室、機(jī)械設(shè)計(jì)室和自控設(shè)計(jì)室）以及堆工所科學(xué)技術(shù)委員會(huì)和北京市雷克機(jī)電工程技術(shù)公司，中核集團(tuán)的核臨界安全中心設(shè)在堆工所。

堆工所自行設(shè)計(jì)建成了輕水、重水、快中子、固態(tài)零功率堆和49-2游泳池式反應(yīng)堆，承擔(dān)過49-3高通量堆的設(shè)計(jì)和科研任務(wù)，對(duì)重水研究堆進(jìn)行了大修改建，自行研制成了微型中子源反應(yīng)堆，為我國生產(chǎn)堆和核電廠的設(shè)計(jì)建造和運(yùn)行完成了大量的科研工作。

作為一個(gè)多學(xué)科、綜合性的反應(yīng)堆工程研究設(shè)計(jì)基地，堆工所曾獲得過國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，全國科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)25項(xiàng)，國家發(fā)明三等獎(jiǎng)3項(xiàng)，部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)350余項(xiàng)。為國家培養(yǎng)、輸送了大量高級(jí)核科技專業(yè)人才和管理干部。

堆工所是全國最早具有培養(yǎng)碩士和博士學(xué)位資格的單位之一，設(shè)有博士后流動(dòng)站，有21名博士生導(dǎo)師。

堆工所現(xiàn)有大型研究堆2座，微型堆1座，零功率反應(yīng)堆6座；各種堆內(nèi)試驗(yàn)回路和堆外綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)架；大型熱室，各種核材料試驗(yàn)、檢測(cè)裝置；完備和先進(jìn)的反應(yīng)堆物理計(jì)算、反應(yīng)堆熱工水力分析計(jì)算、結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算以及核安全和事故分析程序。此外，正在建設(shè)的中國先進(jìn)研究堆將配備中子散射和中子活化分析譜儀、堆內(nèi)考驗(yàn)回路、多功能熱室群等，這將成為堆工所又一個(gè)新的、功能更為強(qiáng)大的綜合核科技研究平臺(tái)。

堆工所具有國家建設(shè)部頒發(fā)的關(guān)于從事反應(yīng)堆工程（含核電站反應(yīng)堆）主導(dǎo)工藝設(shè)計(jì)（甲級(jí)）資質(zhì)的工程設(shè)計(jì)證書，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的《壓力容器設(shè)計(jì)單位批準(zhǔn)書》及國家核安全局頒發(fā)的《中華人民共和國民用核承壓設(shè)備設(shè)計(jì)資格許可證》。

堆工所正在從事中國實(shí)驗(yàn)快堆和中國先進(jìn)研究堆的設(shè)計(jì)與建造、先進(jìn)核能技術(shù)開發(fā)、反應(yīng)堆運(yùn)行研究與同位素生產(chǎn)、涉外工程和民品開發(fā)等任務(wù)。堆工所擁有雄厚的技術(shù)力量和設(shè)備資源，具有良好的質(zhì)量管理基礎(chǔ)和健全的質(zhì)量管理體系。 2100433B

堆料機(jī)高架型橋式皮帶堆料機(jī)

如圖1所示，高架型橋式皮帶堆料機(jī)是將堆料皮帶機(jī)裝設(shè)在一個(gè)可以移動(dòng)的橋架上，而這個(gè)橋架是橫跨料堆的。在它的堆料皮帶機(jī)上設(shè)有S型的卸料小車，與橋架的運(yùn)動(dòng)方向相反，使堆料機(jī)能在料堆的任何一點(diǎn)進(jìn)行堆料。此類堆料機(jī)適用于梯形橫截面的料堆，也可以進(jìn)行波浪形或水平層狀的料堆。

堆料機(jī)耙式堆料機(jī)

如圖2所示，耙式堆料機(jī)又名鏈?zhǔn)桨?，是一種既能堆料又能取料的設(shè)備，主要用于側(cè)面堆料。有些鏈耙還能進(jìn)行反轉(zhuǎn)，即堆料時(shí)的回轉(zhuǎn)方向與取料時(shí)相反，物料通過耙桿中的開孔送往下股鏈。耙式堆料機(jī)通過鏈?zhǔn)焦伟逯邪惭b的堆料皮帶和刮板聯(lián)合作業(yè)，大大的提高了堆料能力。

堆料機(jī)頂部堆料的天橋皮帶堆料機(jī)

如圖3所示，頂部堆料的天橋皮帶堆料機(jī)用于預(yù)均化堆廠設(shè)在廠房內(nèi)的情況，通過廠房的屋頂將堆場(chǎng)進(jìn)料主皮帶機(jī)接到屋架上，與屋架上的天橋皮帶機(jī)相連接。該堆料機(jī)所采用的設(shè)備較簡單，只要在天橋皮帶機(jī)上裝一臺(tái)S型皮帶卸料車，就可以直接從天橋皮帶上進(jìn)行堆料。但是它只能作人字形或圓錐形料，如要采用波浪形堆料，就會(huì)使堆料設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是物料落差較大。因此，這種設(shè)備在水泥廠中較少采用。

堆料機(jī)回轉(zhuǎn)式懸臂皮帶堆料機(jī)

如圖4所示，回轉(zhuǎn)式懸臂皮帶堆料機(jī)是預(yù)均化堆場(chǎng)中采用最廣泛的側(cè)面堆料的堆料機(jī)。它主要由兩部分組成：一是連接在堆場(chǎng)進(jìn)料主皮帶機(jī)上的S型皮帶卸料小車，其作用就是通過進(jìn)料皮帶的S形轉(zhuǎn)折，將物料送到堆料皮帶機(jī)上；二是由此橫向伸到料堆上方的懸臂堆料皮帶機(jī)。懸臂堆料皮帶機(jī)可以是固定的，也可以是繞著中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)式懸臂皮帶堆料機(jī)，其回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，能進(jìn)行360回轉(zhuǎn)。